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第九章GPS实时动态定位原理 第一节RTK概述第二节RTK系统基准站的组成和作用第三节RTK流动站的组成和作用第四节RTK定位测量的外业准备工作第五节RTK的作业方法第六节GPS网络RTK技术 用RTK技术进行工程测量 摄影测量控制点加密 安徽黄山公路比较线测量 第一节RTK概述 载波相位差分法 差分法 修正法 将基准站采集的载波相位发送给用户 进行求差解算坐标 将基准站的载波相位修正值发送给用户 改正用户接收到的载波相位 再解求坐标 RTK Real Time Kinematic 技术是GPS实时载波相位差分的简称 一 RTK的工作原理 基准站接收机 流动站接收机 GPS卫星 如图9 1所示 图9 1RTK的工作原理 1 实时差分GPS 精度为1 3m 2 广域实时差分GPS 精度为1 2m 3 精密差分GPS 精度为1 5cm 4 实时精密差分GPS 精度为1 3cm 以采用值的类型为依据可分为4类 RTK的观测模型为 式中 为相位测量值 单位为m 为星站间的几何距离 为光速 接收机钟差 卫星钟差 为载波相位波长 为整周未知数 为对流层折射影响 为电离层折射影响 为相对论效应 为观测噪声参数 二 RTK的系统组成 第二节RTK系统基准站的组成和作用 RTK系统基准站由基准站GPS接收机及卫星接收天线 无线电数据链电台及发射天线 直流电源等组成 如图9 2所示 图9 2Trimble4800GPS RTK基准站配置图 认识基准站接收机 S N号码 以偶数结尾 用途 提供给移动站需要的差分解算数据 将卫星观测数据和起算坐标发送给移动站 功能 电台 GPRS功能 可选配既可做基准站也可做移动站的多功能接收机 GPS RTK作业能否顺利进行 关键的问题是无线电数据链的稳定性和作用距离是否满足要求 它和无线电数据链电台本身的性能 发射天线的类型 参考站的选址 设备的架设 环境无线电的干扰情况等有直接的关系 参考站发射天线和流动站接收天线之间无遮挡信号的障碍物 这些障碍物在陆地上主要由地形 建筑物 无线电信号发射台等 在海上则主要是地球曲率的影响 为了尽量避免参考站设备之间相互干扰 在作业时 大于25W的数据链电台发射天线距离GPS接收天线至少2m 最好6m以上 发射天线与电台的连接电缆必须展开 以免形成新的干扰源 为了尽量避免参考站设备之间相互干扰 在作业时 大于25W的数据链电台发射天线距离GPS接收天线至少2m 最好6m以上 发射天线与电台的连接电缆必须展开 以免形成新的干扰源 华测RTK数据链无线电发射机 DL3 的工作频率为UHF频段 450 470MHZ 当功率一定时 发射距离随天线高度增加而增加 如下式所示 式中 4 24 为天宝经验值 H1 电台的天线高 H2 流动站的天线高 式9 1 例 天宝4800GPS接收机使用的TRIMMRK 无线电数据链电台发射功率为25W 电台天线高为9m 流动站的天线高为2m 试计算流动站工作的最远距离 解 已知H1 9m H2 2m 根据公式可计算出流动站在开阔地带工作的最远距离为 注 该距离是在无任何遮挡物的空旷地带的理论值 实际上要根据实地情况来确定 要留有余量 根据经验 在城市要将电台天线架设在高楼顶上 才可能达到10公里左右的距离 第三节RTK流动站的组成和作用 流动站的组成如图所示 流动站的作用 从基准站接收到的信号由流动站的UHF电台接收 流动站同时也接收相同的卫星信号 用配备的电子手簿控制器进行实时解算 流动站数据链电台的功率为2W 其电源和卫星接收机共用 不需另配电池 基准站GPS接收机与电台之间的数据传输波特率为9600 DL3电台与流动站GPS接收机之间的数据传输波特率为9600 流动站中的UHF数据链电台与流动站GPS接收机之间的数据传输波特率均为9600 1 基准站可以安置在已知点上 也可以不安置在已知点上 若安置在已知点上 则输入已知点的坐标 进行坐标的转换 WGS 84转换成BJ54或其它坐标系 为了保证流动站的测量精度和可靠性 应在整个测区选择高精度的控制点进行检测校对 选择的控制点应有代表性 均匀地分布在整个测区 2 基准站若安置在未知点上 在城市测量中 有时为了控制更远和更大的范围 根据RTK的特点 可将基准站架设在没有控制点的高楼顶上 在启动基准站时 则需输入该点的WGS 84坐标 进行坐标的转换 WGS 84转换成BJ54或其它坐标系 求得WGS 84坐标的方法是 开机后 在TSCE控制器上经过初始化操作后 显示一软键here 译成汉语为 此处 直接按该键即可求得该点的WGS 84坐标 3 虽然RTK定位测量的基准站可以不放在已知点上 但测区内还必须有已知控制点 而且定位测量的精度和已知控制点的等级和个数有关 在安置好基准站并启动流动站后 必须用流动站分别到已知点上进行定位测量 以求得该点坐标 然后与该点的原有坐标相比 求出其差值 若差值很小 根据工程性质定 则不需改正 否则 必须将该点的原有坐标输入到TSCE控制器中 进行改正 测区内仅有一个已知控制点的情况 理论上讲 在半径为10km的范围内 可达到2 5cm左右精度 如图9 4所示 图9 4一个已知点 测区附近有二个已知控制点的情况 必须为整体平差结果 图9 5两个已知点 如图9 5所示 测区附近有三个已知控制点的情况 必须为整体平差结果 如图9 6所示 图9 6三个已知点的工作范围 测区附近有四个已知点的情况 必须为整体平差结果 如图9 7所示 图9 7四个已知点的工作范围 第四节RTK定位测量的外业准备工作 RTK定位测量外业准备的过程如下 1 外业踏勘2 收集资料3 制定观测计划4 星历预报 5 器材准备 6 运输工具 第五节RTK的作业方法 RTK定位测量实施的具体方法如下 一 架设基准站 将基准站GPS接收机安置在开阔的地方 架设脚架 安置基座和卫星天线 对中整平 用天线高量尺在天线相隔120 的三个位置量取天线高 并记录 如图9 7所示 图9 9基准站GPS接收机安置和量取天线高 启动基准站 自启动基准站若是设置为自启动 架设好仪器开机后 无需操作 差分数据自动发送 手簿启动第一步设置基准站选项 配置 基准站选项 通常按默认配置如图 广播格式 CMR 测站索引 1 可设置0 31之间的任何整数 用于区分多台基准站同时工作的情况 PDOP限制 6 当卫星分布不好 PDOP大于6时 基站不能启动 高度角 10 设置基准站接收机只跟踪高于10 视域角的卫星 架设在已知点时需输入天线高 选择天线类型及量测方法 启动基准站 第二步启动基准站接收机 测量 启动基准站接收机 未知点启动时 点击 此处 输入基准站点名称 以任意单点定位值启动基准站 已知点启动时 点击 列表 从已键入的已知坐标点中选择点启动基准站 代码 天线高根据实际情况输入 或默认空 设置好启动坐标后点击 确定 基准站启动成功后 显示 成功设置了基站 这时电台发射灯也会随发送间隔闪烁 否则显示 设置基站不成功 需重新启动基准站 一般来说 用已知点启动时 如果输入的已知点和单点定位相差很大时 会出现此情况 造成原因一般为设置中央子午线或所用坐标错误 三 启动流动站 认识移动站接收机S N号码 以奇数结尾 用途 根据基准站传送过来的数据进行实时的差分解算功能 电台 GPRS功能可选配既可做基准站也可做移动站的多功能接收机 移动站接收机的设置 工作模式的设置打开数据下载软件 下载软件与接收机的连接见 附1 进入菜单 工具 接收机设置 如图进行相应设置后点击应用 对于华测新产品具有自启动功能的X90D型号移动站 需要设置为 自启动移动站 如图 内置电台和GPRS的设置 配置 移动站参数 内置电台和GPRS 根据实际工作情况 电台和GPRS可以互相切换 设置如图 提示实际工作中 移动站只能通过切换电台和GPRS的一种方式接收差分数据 同时用两种方式接收差分数据是不能工作的 设置完毕后 注意观察信号灯是否正常闪烁 证明已实时收到基准站发送过来的差分数据 仪器架设 启动移动站 测量 启动移动站接收机 移动站收到差分信号后会有一个 单点定位 浮动 固定 的RTK初始化过程 点校正 GPS接收机直接测量数据是WGS 84经纬度坐标 而我们要求的坐标是施工坐标 如北京54坐标 所以必须通过软件进行坐标转换参数的计算 点校正 就是完成这一工作的主要工具 测量 点校正 点击增加 在网格点名称和GPS点名称两项控件里分别选中已知当地平面坐标和已有或实测的WGS84坐标 校正方法选中 水平和垂直 重复点击增加 加入必要数量的校正点 要求水平精度 至少3个点 要求高程精度 至少4个点 点击计算得出校正参数 再点击确定完成校正 注意有三个或以上控制点参与平面 点校正 后才有水平参差 水平参差一般不要大于0 015m 有四个或以上的控制点参与垂直 点校正 后才有垂直参差 垂直参差一般不要大于0 02m 在一次测量任务中 由于电台信号传播受限制也许会架设几次基准站来完成测量任务 所以需要用到 重设当地坐标 的功能 方法1 基准站2若是架设在未知点 自启动 或手簿 此处 启动 那么将移动站再次去测量一个在基准站1下测过的精度较高的点a 重新测量命名为a2 点击 文件 元素管理器 点管理器 在基准站2下面选中a2点 双击或点击细节 点击重设当地坐标 再点击出现控件 在弹出的列表中选中基准站1下测得的a点 确定后即完成重设当地坐标的工作 重设当地坐标 方法2 基准站2若是架设在已知点 包括基准站1下测过的点 那么可以通过手簿已知点启动的方式 选择基准站2所在已知坐标点来启动基准站 并且输入实测的基站天线高 方法3 基准站2若是架设在已知点 包括基准站1下测过的点 启动方式为自启动 那么可以点击在 点管理器 里面选中基准站2点击细节 将 基站校正类型 设置为 架设在已知点 输入已知坐标 实测天线高及测量方法 确定后即完成坐标改正操作 注意基准站若是自启动的方式 因断电重开机后 即使基准站位置没变 也需要做重设当地坐标的工作 基准站若是自启动的方式 移动站需要在手簿上有测量点的操作后 才会在 点管理器 里面记录下基准站信息 四 开始测量 可以分为几种形式 1 测量点 Measurepoints 测量测量点 测量点方法分为地形点 默认为5秒 控制点 默认为180秒 快速点 默认为1秒 测量一个点的时间可以改变 最小显示为1秒 在选项里可以改变测量点的容许精度 是否自动保存测量的点等 注 当测量时 只有设置的精度大于RTK固定时显示的水平和垂直精度时 才可以测量出所需要的值 连续地形 测量 连续地形 常规点放样 测量 点放样 常规点放样 选择增加 增加点的方法有六种 选择不同的方法 会有相应的引导路径进行操作 输入单一点名称 直接输入需放样的点名称 从列表中选择 从点管理器中选择需放样的点 所有键入点 放样点界面上会导入全部的键入点 半径范围内的点 选择中心点及输入相应的半径 则会导入符合条件的点 所有点 将导入点管理器中所有的点 相同代码点 将导入所有具有该相同代码的点 第六节GPS网络RTK技术 GPS网络RTK技术的出现 代表了未来GPS发展的方向 由此可带来巨大的社会效益和经济效益 目前应用于GPS网络RTK数据处理的方法有 虚拟参考站法 VirtualeferenceStation VRS 偏导数法 线性内插法和条件平差法 其中虚拟参考站法VRS技术最为成熟 一 概述 二 VRS的系统构成及工作原理 VRS系统集GPS Internet 无线通讯和计算机网络管理技术于一身 整个系统是由若干个 三个以上 连续运行的GPS基准站和一个GPS网络控制中心构成 二 VRS的系统构成及工作原理 1 VRS的系统构成GPS固定基准站系统数据传输系统GPS网络控制中心系统数据发播系统用户系统 2 VRS的工作原理 VRS网络数据流程 参考站网络的硬件构成 用户部分就是用户的GPS接收机 加上无线通讯的调制解调器 根据自己的不同需求 放置在不同的载体上 接收机通过无线。